氣缸蓋中有進氣道和排氣道，內裝進、排氣門。新鮮充量(即空氣或空氣與燃料的可燃混合氣)經空氣濾清器、進氣管、進氣道和進氣門充入氣缸。膨脹後的燃氣經排氣門、排氣道和排氣管，**後經排氣消聲器排入大氣。進、排氣門的開啟和關閉是由凸輪軸上的進、排氣凸輪，通過挺柱、推桿、搖臂和氣門彈簧等傳動件分別加以控制的，這一套機件稱為內燃機配氣機構。通常由空氣濾清器、進氣管、排氣管和排氣消聲器組成進排氣系統。
為了向氣缸內供入燃料，內燃機均設有供油系統。汽油機通過安裝在進氣管入口端的化油器將空氣與汽油按一定比例(空燃比)混合，然後經進氣管供入氣缸，由汽油機點火系統控制的電火花定時點燃。柴油機的燃油則通過柴油機噴油系統噴入燃燒室，在高溫高壓下自行著火燃燒。
內燃機氣缸內的燃料燃燒使活塞、氣缸套、氣缸蓋和氣門等零件受熱，溫度升高。為了保證內燃機正常運轉，上述零件必須在許可的溫度下工作，不致因過熱而損壞，所以必須備有冷卻系統。
內燃機不能從停車狀態自行轉入運轉狀態，必須由外力轉動曲軸，使之起動。這種產生外力的裝置稱為起動裝置。常用的有電起動、壓縮空氣起動、汽油機起動和人力起動等方式。
內燃機的工作循環由進氣、壓縮、燃燒和膨脹、排氣等過程組成。這些過程中只有膨脹過程是對外作功的過程，其他過程都是為更好地實現作功過程而需要的過程。按實現一個工作循環的行程數，工作循環可分為四衝程和二衝程兩類。
四衝程是指在進氣、壓縮、做功(膨脹)和排氣四個行程內完成一個工作循環，此間曲軸旋轉兩圈。進氣行程時，此時進氣門開啟，排氣門關閉。流過空氣濾清器的空氣，或經化油器與汽油混合形成的可燃混合氣，經進氣管道、進氣門進入氣缸;壓縮行程時，氣缸內氣體受到壓縮，壓力增高，溫度上升;膨脹行程是在壓縮上止點前噴油或點火，使混合氣燃燒，產生高溫、高壓，推動活塞下行並作功;排氣行程時，活塞推擠氣缸內廢氣經排氣門排出。此後再由進氣行程開始，進行下一個工作循環。
二衝程是指在兩個行程內完成一個工作循環，此期間曲軸旋轉一圈。首先，當活塞在下止點時，進、排氣口都開啟，新鮮充量由進氣口充入氣缸，並掃除氣缸內的廢氣，使之從排氣口排出;隨後活塞上行，將進、排氣口均關閉，氣缸內充量開始受到壓縮，直至活塞接近上止點時點火或噴油，使氣缸內可燃混合氣燃燒;然後氣缸內燃氣膨脹，推動活塞下行做功;當活塞下行使排氣口開啟時，廢氣即由此排出，活塞繼續下行至下止點，即完成一個工作循環。
內燃機的排氣過程和進氣過程統稱為換氣過程。換氣的主要作用是儘可能把上一循環的廢氣排除乾淨，使本循環供入儘可能多的新鮮充量，以使儘可能多的燃料在氣缸內完全燃燒，從而發出更大的功率。換氣過程的好壞直接影響內燃機的性能。為此除了降低進、排氣系統的流動阻力外，主要是使進、排氣門在**適當的時刻開啟和關閉。
實際上，進氣門是在上止點前即開啟，以保證活塞下行時進氣門有較大的開度，這樣可在進氣過程開始時減小流動阻力，減少吸氣所消耗的功，同時也可充入較多的新鮮充量。當活塞在進氣行程中運行到下止點時，由於氣流慣性，新鮮充量仍可繼續充入氣缸，故使進氣門在下止點後延遲關閉。
排氣門也在下止點前提前開啟，即在膨脹行程後部分即開始排氣，這是為了利用氣缸內較高的燃氣壓力，使廢氣自動流出氣缸，從而使活塞從下止點向上止點運動時氣缸內氣體壓力低些，以減少活塞將廢氣排擠出氣缸所消耗的功。排氣門在上止點後關閉的目的是利用排氣流動的慣性，使氣缸內的殘餘廢氣排除得更為乾淨。